JP3318763B2 - 電子方位計 - Google Patents
電子方位計Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電子方位計に関する。
【０００２】
【従来の技術】磁気抵抗素子は、小型で、比較的大きな
出力が得られるので方位計などに利用することが考えら
れている。磁気抵抗素子に加わる磁界があまり大きくな
い領域では、磁気抵抗素子の抵抗変化は磁界の強さの２
乗に比例するので、弱い磁界を検出することが難しい。
そこで、地磁気のような微弱な磁界を検出する場合に
は、一定のバイアス磁界を加え、わずかな磁界の変化に
対して大きな抵抗値変化が得られるようにしている。
出力が得られるので方位計などに利用することが考えら
れている。磁気抵抗素子に加わる磁界があまり大きくな
い領域では、磁気抵抗素子の抵抗変化は磁界の強さの２
乗に比例するので、弱い磁界を検出することが難しい。
そこで、地磁気のような微弱な磁界を検出する場合に
は、一定のバイアス磁界を加え、わずかな磁界の変化に
対して大きな抵抗値変化が得られるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】磁気抵抗素子を利用し
た方位計では、地磁気の強さと方向を調べる為に２個の
磁気抵抗素子の磁界の検出方向を直交させて配置し、両
者の出力の比から地磁気のベクトクの正接（ Tanθ）を
求め、地磁気の方位を算出している。
た方位計では、地磁気の強さと方向を調べる為に２個の
磁気抵抗素子の磁界の検出方向を直交させて配置し、両
者の出力の比から地磁気のベクトクの正接（ Tanθ）を
求め、地磁気の方位を算出している。
【０００４】外部磁界による磁気抵抗素子の抵抗値の変
化を検出する当たっては、磁気抵抗素子に一定の電流を
流し、抵抗値の変化を電圧変化として取り出している。
ところが、２個の磁気抵抗素子に同じ強さの磁界を印加
しても、磁気抵抗素子の特性のばらつきなどにより、そ
れらの磁気抵抗素子の出力電圧が同一にならないので、
従来は、バイアス磁界発生用コイルに印加するバイアス
電圧並びに磁気抵抗素子に流す電流を調整する必要があ
った。
化を検出する当たっては、磁気抵抗素子に一定の電流を
流し、抵抗値の変化を電圧変化として取り出している。
ところが、２個の磁気抵抗素子に同じ強さの磁界を印加
しても、磁気抵抗素子の特性のばらつきなどにより、そ
れらの磁気抵抗素子の出力電圧が同一にならないので、
従来は、バイアス磁界発生用コイルに印加するバイアス
電圧並びに磁気抵抗素子に流す電流を調整する必要があ
った。
【０００５】また、磁気抵抗素子はヒステリシス特性を
持っているので、方位計を同じ方向に向けても、磁気抵
抗素子がどのような履歴を経たかによりその出力電圧が
異なり、方位の測定誤差が生じるという問題点があっ
た。
持っているので、方位計を同じ方向に向けても、磁気抵
抗素子がどのような履歴を経たかによりその出力電圧が
異なり、方位の測定誤差が生じるという問題点があっ
た。
【０００６】さらに、バイアス磁界が変動するとそれに
つれて磁気抵抗素子の出力電圧も変動するので、方位の
測定誤差が生じるという問題点もあった。本発明の課題
は、磁気センサのヒステリシス等による方位の測定誤差
を少なくすることである。また、磁気センサの出力のば
らつきを補正する為の調整を容易にすることである。
つれて磁気抵抗素子の出力電圧も変動するので、方位の
測定誤差が生じるという問題点もあった。本発明の課題
は、磁気センサのヒステリシス等による方位の測定誤差
を少なくすることである。また、磁気センサの出力のば
らつきを補正する為の調整を容易にすることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】磁気センサは、例えば磁
界の強さにより抵抗値が変化する磁気抵抗素子などであ
る。
界の強さにより抵抗値が変化する磁気抵抗素子などであ
る。
【０００８】バイアス磁界用コイルは、磁気センサに
正、負のバイアス磁界を印加する。検出手段は、正のバ
イアス磁界が印加されたときの磁気センサの出力と、負
のバイアス磁界が印加されたときの磁気センサの出力と
の差を検出する。
正、負のバイアス磁界を印加する。検出手段は、正のバ
イアス磁界が印加されたときの磁気センサの出力と、負
のバイアス磁界が印加されたときの磁気センサの出力と
の差を検出する。
【０００９】制御手段は、上記検出手段の出力に応じて
バイアス磁界用コイルに印加されるバイアス電圧を制御
する。
バイアス磁界用コイルに印加されるバイアス電圧を制御
する。
【００１０】
【作用】本発明では、正のバイアス磁界が印加されたと
きの磁気センサの出力と、負のバイアス磁界が印加され
たときの磁気センサの出力との差に応じて、バイアス磁
界用コイルに印加するバイアス電圧を制御することで、
外部磁界の値が小さい状態で方位の測定を行うことがで
きるので、磁気センサのヒステリシスなどによる方位の
測定誤差を少なくすることができる。
きの磁気センサの出力と、負のバイアス磁界が印加され
たときの磁気センサの出力との差に応じて、バイアス磁
界用コイルに印加するバイアス電圧を制御することで、
外部磁界の値が小さい状態で方位の測定を行うことがで
きるので、磁気センサのヒステリシスなどによる方位の
測定誤差を少なくすることができる。
【００１１】また、正のバイアス磁界が印加されたとき
の磁気センサの出力と、負のバイアス磁界が印加された
ときの磁気センサの出力との差に応じて、磁気センサの
特性のばらつき、交流バイアス磁界のばらつきなどの影
響による生じる出力電圧の誤差を少なくでき、センサの
出力のばらつきの補正が容易になる。
の磁気センサの出力と、負のバイアス磁界が印加された
ときの磁気センサの出力との差に応じて、磁気センサの
特性のばらつき、交流バイアス磁界のばらつきなどの影
響による生じる出力電圧の誤差を少なくでき、センサの
出力のばらつきの補正が容易になる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。図１は、本発明の一実施例の電子方位計の回
路ブロック図である。
説明する。図１は、本発明の一実施例の電子方位計の回
路ブロック図である。
【００１３】検出部１は、磁気検出方向を直交して配置
された２個の磁気抵抗素子と、その磁気抵抗素子の周り
に巻かれたバイアス磁界用コイルと、バイアス磁界用コ
イルにバイアス磁界を発生させる為のバイアス電圧を供
給するバイアス電圧発生回路と、磁気抵抗素子の出力電
圧を検出する電圧検出回路などで構成されている。
された２個の磁気抵抗素子と、その磁気抵抗素子の周り
に巻かれたバイアス磁界用コイルと、バイアス磁界用コ
イルにバイアス磁界を発生させる為のバイアス電圧を供
給するバイアス電圧発生回路と、磁気抵抗素子の出力電
圧を検出する電圧検出回路などで構成されている。
【００１４】Ａ／Ｄ変換回路２は、検出部１で検出され
る２個の磁気抵抗素子のアナログの出力電圧をディジタ
ル値に変換する回路であり、変換したディジタル値を演
算／制御部３に出力する。
る２個の磁気抵抗素子のアナログの出力電圧をディジタ
ル値に変換する回路であり、変換したディジタル値を演
算／制御部３に出力する。
【００１５】演算／制御部３は、Ａ／Ｄ変換回路２でデ
ィジタル値に変換された２個の磁気抵抗素子の出力電圧
から地磁気の方位を算出すると共に、その算出した方位
を磁北を基準とした角度、あるいは磁北を示す矢印など
で表示部４に表示する。また、演算／制御部３は、上記
各回路の動作を制御する制御信号をそれぞれの回路に出
力する。
ィジタル値に変換された２個の磁気抵抗素子の出力電圧
から地磁気の方位を算出すると共に、その算出した方位
を磁北を基準とした角度、あるいは磁北を示す矢印など
で表示部４に表示する。また、演算／制御部３は、上記
各回路の動作を制御する制御信号をそれぞれの回路に出
力する。
【００１６】次に、図２は、検出部１の具体的回路構成
の一例を示す図である。検出部１は、正、負のバイアス
電圧を発生するバイアス回路５と、後述する電圧差検出
回路７の出力に応じた直流バイアス電圧をバイアス回路
５の出力電圧に加算する直流バイアス加算回路６と、正
のバイアス磁界が印加されたときの磁気抵抗素子の出力
電圧と、負のバイアス磁界が印加されたときの磁気抵抗
素子の出力電圧との差を検出する電圧差検出回路７とか
らなっている。
の一例を示す図である。検出部１は、正、負のバイアス
電圧を発生するバイアス回路５と、後述する電圧差検出
回路７の出力に応じた直流バイアス電圧をバイアス回路
５の出力電圧に加算する直流バイアス加算回路６と、正
のバイアス磁界が印加されたときの磁気抵抗素子の出力
電圧と、負のバイアス磁界が印加されたときの磁気抵抗
素子の出力電圧との差を検出する電圧差検出回路７とか
らなっている。
【００１７】バイアス回路５は、２個のオペアンプ１
１、１２からなり、オペアンプ１１、１２の＋入力端子
には電圧＋Ｖを抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧した電圧が供給さ
れ、−入力端子には図１の演算制御部３よりそれぞれ抵
抗Ｒ３、Ｒ４を介して一定周期の信号Φが供給されてい
る。このバイアス回路５からは、信号Φに同期して極性
の反転する電圧が出力される。
１、１２からなり、オペアンプ１１、１２の＋入力端子
には電圧＋Ｖを抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧した電圧が供給さ
れ、−入力端子には図１の演算制御部３よりそれぞれ抵
抗Ｒ３、Ｒ４を介して一定周期の信号Φが供給されてい
る。このバイアス回路５からは、信号Φに同期して極性
の反転する電圧が出力される。
【００１８】直流バイアス加算回路６は、２個のオペア
ンプ１３、１４からなり、オペアンプ１３、１４の−入
力端子には、それぞれ抵抗Ｒ７、Ｒ８を介してオペアン
プ１１、１２の出力電圧が入力し、＋入力端子には、そ
れぞれ抵抗Ｒ９、Ｒ１０を介して後述する電圧差検出回
路７のオペアンプ１５、１６の出力電圧が入力してい
る。
ンプ１３、１４からなり、オペアンプ１３、１４の−入
力端子には、それぞれ抵抗Ｒ７、Ｒ８を介してオペアン
プ１１、１２の出力電圧が入力し、＋入力端子には、そ
れぞれ抵抗Ｒ９、Ｒ１０を介して後述する電圧差検出回
路７のオペアンプ１５、１６の出力電圧が入力してい
る。
【００１９】電圧差検出回路７は、磁気抵抗素子１７、
１８の出力電圧を保持するコンデンサＣ１〜Ｃ４と、そ
れらのコンデンサの電圧差を出力する２個のオペアンプ
１５、１６とで構成されている。
１８の出力電圧を保持するコンデンサＣ１〜Ｃ４と、そ
れらのコンデンサの電圧差を出力する２個のオペアンプ
１５、１６とで構成されている。
【００２０】磁気抵抗素子１７、１８の周りに巻かれた
バイアス磁界用コイルＬ１、Ｌ２には、オペアンプ１
３、１４から極性が交互に反転するバイアス電圧が供給
されており、バイアス磁界用コイルＬ１、Ｌ２には正、
負のバイアス磁界が交互に発生する。
バイアス磁界用コイルＬ１、Ｌ２には、オペアンプ１
３、１４から極性が交互に反転するバイアス電圧が供給
されており、バイアス磁界用コイルＬ１、Ｌ２には正、
負のバイアス磁界が交互に発生する。
【００２１】磁気抵抗素子１７、１８には一定の電流が
供給されており、磁気抵抗素子１７に正のバイアス磁界
が印加されたときの出力電圧はトランスファーゲート１
９を経てコンデンサＣ１に保持され、負のバイアス磁界
が印加されたときの出力電圧はトランスファーゲート２
０を経てコンデンサＣ２に保持される。
供給されており、磁気抵抗素子１７に正のバイアス磁界
が印加されたときの出力電圧はトランスファーゲート１
９を経てコンデンサＣ１に保持され、負のバイアス磁界
が印加されたときの出力電圧はトランスファーゲート２
０を経てコンデンサＣ２に保持される。
【００２２】上記のような動作が行われるようなタイミ
ングで、図１における演算／制御部は、制御信号Φ2 及
びΦ3 をそれぞれのゲートに対して供給する。このコン
デンサＣ１の端子電圧はオペアンプ１５の＋入力端子に
入力し、コンデンサＣ２の端子電圧は−入力端子に入力
しており、両者の差の電圧がオペアンプ１５から出力さ
れる。このオペアンプ１５の出力電圧は、抵抗Ｒ９を介
して直流バイアス加算回路６のオペアンプ１３の＋入力
端子に帰還されている。
ングで、図１における演算／制御部は、制御信号Φ2 及
びΦ3 をそれぞれのゲートに対して供給する。このコン
デンサＣ１の端子電圧はオペアンプ１５の＋入力端子に
入力し、コンデンサＣ２の端子電圧は−入力端子に入力
しており、両者の差の電圧がオペアンプ１５から出力さ
れる。このオペアンプ１５の出力電圧は、抵抗Ｒ９を介
して直流バイアス加算回路６のオペアンプ１３の＋入力
端子に帰還されている。
【００２３】同様に、磁気抵抗素子１８に正のバイアス
磁界が印加されたときの出力電圧はトランスファーゲー
ト２１を経てコンデンサＣ３に保持され、負のバイアス
磁界が印加されたときの出力電圧はトランスファーゲー
ト２２を経てコンデンサＣ４に保持される。
磁界が印加されたときの出力電圧はトランスファーゲー
ト２１を経てコンデンサＣ３に保持され、負のバイアス
磁界が印加されたときの出力電圧はトランスファーゲー
ト２２を経てコンデンサＣ４に保持される。
【００２４】コンデンサＣ３の端子電圧はオペアンプ１
６の＋入力端子に入力し、コンデンサＣ４の端子電圧は
−入力端子に入力しており、両者の差の電圧がオペアン
プ１６から出力される。このオペアンプ１６の出力電圧
は、抵抗Ｒ１０を介して直流バイアス加算回路６のオペ
アンプ１４の＋入力端子に帰還されている。
６の＋入力端子に入力し、コンデンサＣ４の端子電圧は
−入力端子に入力しており、両者の差の電圧がオペアン
プ１６から出力される。このオペアンプ１６の出力電圧
は、抵抗Ｒ１０を介して直流バイアス加算回路６のオペ
アンプ１４の＋入力端子に帰還されている。
【００２５】次に、以上のような構成の電圧差検出回路
７の動作を説明する。磁気抵抗素子１７、１８に印加さ
れる外部磁界がゼロのときには、正のバイアス磁界を印
加したときの磁気抵抗素子１７、１８の出力電圧と、負
のバイアス磁界を印加したときの磁気抵抗素子１７、１
８の出力電圧とはほぼ等しいので、それらの出力電圧の
差を演算するオペアンプ１５、１６の出力電圧は共にゼ
ロとなる。
７の動作を説明する。磁気抵抗素子１７、１８に印加さ
れる外部磁界がゼロのときには、正のバイアス磁界を印
加したときの磁気抵抗素子１７、１８の出力電圧と、負
のバイアス磁界を印加したときの磁気抵抗素子１７、１
８の出力電圧とはほぼ等しいので、それらの出力電圧の
差を演算するオペアンプ１５、１６の出力電圧は共にゼ
ロとなる。
【００２６】従って、電圧差検出回路７から直流バイア
ス加算回路６のオペアンプ１３、１４への帰還量はゼロ
となり、この場合、オペアンプ１３、１４は反転増幅器
として機能するので、バイアス電圧に直流電圧が重畳さ
れず、バイアス回路５から出力される交流のバイアス電
圧がそのままバイアス磁界用コイルＬ１、Ｌ２に出力さ
れる。
ス加算回路６のオペアンプ１３、１４への帰還量はゼロ
となり、この場合、オペアンプ１３、１４は反転増幅器
として機能するので、バイアス電圧に直流電圧が重畳さ
れず、バイアス回路５から出力される交流のバイアス電
圧がそのままバイアス磁界用コイルＬ１、Ｌ２に出力さ
れる。
【００２７】一方、磁気抵抗素子１７、１８の磁気検出
方向に外部磁界が印加された場合には、磁気抵抗素子１
７、１８の出力電圧はバイアス電圧の極性により異なっ
た値となるので、両者の電圧差がオペアンプ１５、１６
で増幅され、一部の電圧がオペアンプ１３、１４の＋入
力端子に帰還される。
方向に外部磁界が印加された場合には、磁気抵抗素子１
７、１８の出力電圧はバイアス電圧の極性により異なっ
た値となるので、両者の電圧差がオペアンプ１５、１６
で増幅され、一部の電圧がオペアンプ１３、１４の＋入
力端子に帰還される。
【００２８】オペアンプ１３、１４では、オペアンプ１
５、１６からの帰還量に応じた電圧が＋入力端子に印加
され、その帰還量に応じた直流電圧が交流のバイアス電
圧に加算される。
５、１６からの帰還量に応じた電圧が＋入力端子に印加
され、その帰還量に応じた直流電圧が交流のバイアス電
圧に加算される。
【００２９】このとき、直流バイアス加算回路６では、
オペアンプ１５、１６の出力を小さくする方向、すなわ
ちコンデンサＣ１、Ｃ２の電圧差と、コンデンサＣ３、
Ｃ４の電圧差を小さくする方向の直流バイアス電圧が交
流のバイアス電圧に加算される。
オペアンプ１５、１６の出力を小さくする方向、すなわ
ちコンデンサＣ１、Ｃ２の電圧差と、コンデンサＣ３、
Ｃ４の電圧差を小さくする方向の直流バイアス電圧が交
流のバイアス電圧に加算される。
【００３０】この直流バイアス電圧により外部磁界を打
ち消す方向の磁界が発生するので、オペアンプ１５、１
６の出力電圧の帰還量に応じて発生する直流のバイアス
磁界と外部磁界とがほぼバランスした状態で安定する。
ち消す方向の磁界が発生するので、オペアンプ１５、１
６の出力電圧の帰還量に応じて発生する直流のバイアス
磁界と外部磁界とがほぼバランスした状態で安定する。
【００３１】このときオペアンプ１５、１６の入力端子
間はイマジナリショートの状態となり、コンデンサＣ１
とＣ２の電圧差と、コンデンサＣ３、Ｃ４との電圧差、
すなわち磁気抵抗素子１７、１８に正のバイアス磁界を
印加したときと、負のバイアス磁界を印加したときの出
力電圧の差はほぼゼロとなる。このときオペアンプ１
５、１６の出力には外部磁界に比例したわずかな出力電
圧が得られるので、この出力電圧から地磁気の方位を算
出することができる。
間はイマジナリショートの状態となり、コンデンサＣ１
とＣ２の電圧差と、コンデンサＣ３、Ｃ４との電圧差、
すなわち磁気抵抗素子１７、１８に正のバイアス磁界を
印加したときと、負のバイアス磁界を印加したときの出
力電圧の差はほぼゼロとなる。このときオペアンプ１
５、１６の出力には外部磁界に比例したわずかな出力電
圧が得られるので、この出力電圧から地磁気の方位を算
出することができる。
【００３２】このように本実施例では、磁気抵抗素子１
７、１８に正のバイアス磁界を印加したとき出力電圧
と、負のバイアス磁界を印加したときの出力電圧との電
圧差を求め、その電圧差を入力側に帰還させて、帰還量
に応じて外部磁界を打ち消す方向のバイアス磁界を磁気
抵抗素子１７、１８に印加するようにした。
７、１８に正のバイアス磁界を印加したとき出力電圧
と、負のバイアス磁界を印加したときの出力電圧との電
圧差を求め、その電圧差を入力側に帰還させて、帰還量
に応じて外部磁界を打ち消す方向のバイアス磁界を磁気
抵抗素子１７、１８に印加するようにした。
【００３３】これにより、磁気抵抗素子１７、１８に実
質的に加わる外部磁界を小さくして、一定のヒステリシ
スループ上で磁気抵抗素子１７、１８の出力電圧を測定
できるので、磁気抵抗素子１７、１８のヒステリシスに
よる出力電圧の誤差を少なくできる。
質的に加わる外部磁界を小さくして、一定のヒステリシ
スループ上で磁気抵抗素子１７、１８の出力電圧を測定
できるので、磁気抵抗素子１７、１８のヒステリシスに
よる出力電圧の誤差を少なくできる。
【００３４】さらに、外部磁界を打ち消すようなバイア
ス磁界を印加することで、磁気抵抗素子１７、１８の抵
抗値のばらつき、定電流源の電流のばらつき、交流バイ
アス磁界のばらつきなどが磁気抵抗素子１７、１８の出
力電圧におよぼす影響を抑えることができ、磁気抵抗素
子１７、１８の出力電圧のばらつきを調整する為の作業
が簡単になる。
ス磁界を印加することで、磁気抵抗素子１７、１８の抵
抗値のばらつき、定電流源の電流のばらつき、交流バイ
アス磁界のばらつきなどが磁気抵抗素子１７、１８の出
力電圧におよぼす影響を抑えることができ、磁気抵抗素
子１７、１８の出力電圧のばらつきを調整する為の作業
が簡単になる。
【００３５】なお、本発明は、上述した方位計の専用装
置に限らず、電子腕時計、高度計等に組み込みこともで
き、自動車等のナビゲーション装置に適用することもき
る。また、磁気抵抗素子以外の他の磁気感知素子にも適
用できる。
置に限らず、電子腕時計、高度計等に組み込みこともで
き、自動車等のナビゲーション装置に適用することもき
る。また、磁気抵抗素子以外の他の磁気感知素子にも適
用できる。
【００３６】
【発明の効果】本発明によれば、磁気センサのヒステリ
シスによる影響を少なくし、方位の測定誤差を減らすこ
とができると共に、磁気センサの出力のばらつきを補正
する為の調整が簡単になる。
シスによる影響を少なくし、方位の測定誤差を減らすこ
とができると共に、磁気センサの出力のばらつきを補正
する為の調整が簡単になる。
【図１】実施例の電子方位計の回路ブロック図である。
【図２】図１の検出部の具体的な構成の一例を示す図で
ある。
ある。
【符号の説明】 １ 検出部 ３ 演算／制御部 ５ バイアス回路 ６ 直流バイアス加算回路 ７ 電圧差検出回路
Claims (1)
- 【請求項１】 少なくとも２個の磁気センサと、この少なくとも２個の磁気センサに正、負のバイアス磁
界を印加するためのバイアス磁界用コイルと、 このバイアス磁界用コイルにより正のバイアス磁界が印
加されたときの前記磁気センサの出力と、負のバイアス
磁界が印加されたときの前記磁気センサの出力との差を
検出する検出手段と、 この前記検出手段の出力に応じて前記バイアス磁界用コ
イルに印加されるバイアス電圧を制御する制御手段と、 を備えることを特徴とする電子方位計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32272891A JP3318763B2 (ja) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | 電子方位計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32272891A JP3318763B2 (ja) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | 電子方位計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05157566A JPH05157566A (ja) | 1993-06-22 |
| JP3318763B2 true JP3318763B2 (ja) | 2002-08-26 |
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ID=18146961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32272891A Expired - Fee Related JP3318763B2 (ja) | 1991-12-06 | 1991-12-06 | 電子方位計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3318763B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1336858A3 (en) | 2002-02-19 | 2005-03-23 | Aichi Micro Intelligent Corporation | Two-dimensional magnetic sensor |
-
1991
- 1991-12-06 JP JP32272891A patent/JP3318763B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH05157566A (ja) | 1993-06-22 |
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